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三維激光掃描儀在農林業中的應用
我國各地區氣候差異明顯,各地區植被生長類型和狀況都不一緻,為了更好的獲取不同地區的林業數據,林業調查工作者會不定期的在野外采集林業數據,彙總到國家林業數據庫中,有助于植物多樣性普查工作的開展和林業保護等工作,對于國家的生态環境的持續改善有着很大的幫助。
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解決方案

一、現狀與困難

林業數表是社會經濟活動和森林經營的基準度量衡。一般林業數表不能滿足社會需求,一定程度上影像了森林經營管理和資源流轉。如果用解析木編制數表,就要選取樣木、伐倒測定、截取圓盤。作業方法的原始造成林業調查工作者效率低下,任務量繁重,難以在單位時間内很好的完成工作任務,作業手段的簡單粗暴,也會對植物生長造成一定的破壞,不利于生态環境的保護。

二、技術優勢

       (一)技術特點

随着三維激光掃描技術的出現,結合高精度的三維激光掃描儀、相關林業調查、植被分析軟件,可以通過三維點雲數據快速保存被調查植被的各方面信息,在這個信息基礎上,可以方便提取植物樹冠、胸徑等數據,方便進行林業數據分析和保存,通過軟件自動化提取參數的模塊,可以大批量、高效率的獲取所需要的數值,相比傳統數據采集手段來說,可以做到既快又準,而且在獲取某些植被的關鍵參數上,也不用砍伐樹木來獲取植被信息了,保證了生态的可持續發展,将林業調查對環境的傷害程度降到最低。

       (二)設備概況

Z+F IMAGER系列三維激光掃描儀是世界上精度最高的相位式三維激光掃描儀,最高噪聲精度可達0.2mm,有效測量距離最高可達360米,内置相機可生成8000萬像素的高分辨率影像數據,并生成真彩色點雲數據。最大測點速率超過一百萬點每秒,保證在長距離下高質量的數據結果。360°×320°的視野保證了超廣的掃描範圍,同時最大減少了掃描站數。其創新性的率先采用内置GPS、IMU、Compass等定位傳感器,可以輔助進行外業快速無标靶定位拼接,真正實現了高效率的掃完即拼接。

三維激光掃描儀在農林業中的應用,三維激光掃描儀在農林業保護中的應用所需要的Z+F IMAGER三維激光掃描儀

Z+F IMAGER 5016三維激光掃描儀

Z+F IMAGER 5016三維激光掃描儀系統參數

三、解決方案

三維激光掃描在林業調查中的應用廣泛,根據不同的需求可以生成相應的成果。主要工作流程包括以下幾個步驟:

1. 在實施具體掃描計劃之前,需要制定嚴密的掃描方案,根據數據采集的精度要求和被掃描物體現場環境,确定掃描路線、掃描站數、儀器架站位置、掃描密度選擇。

2. 數據獲取,包括三維點雲數據采集和紋理信息的獲取。

3. 點雲數據預處理,主要包括點雲的去噪,配準和點雲着色,導出真彩色點雲數據,後期成果應用于展示,包括植株高度、胸徑等關鍵因子采集,植株點雲數據存檔。

四、案例分享

           (一)中國農大佳木斯建三江農場掃描

項目要求:真彩色三維點雲,長勢分析

儀器使用:Z+F IMAGER 5010C、标靶球、三腳架

人員配備:外業2人,内業1

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麥田全景掃描圖

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小麥局部點雲詳圖

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麥田點雲(按照植物高矮顔色渲染)

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樣品單株小麥

麥田激光點雲數據采集完畢後,可将點雲數據導入到專業的植被點雲分析軟件中,提取需要的關鍵參數。

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麥田植株高度平整度

通過小麥的植株高度來判定農作物的生長态勢,評估施肥、光照等因素對植物生長的影響。通過采集不同時期植物的點雲數據,評估植物生長情況。

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不同時間段植物生長量變化值

             (二)某林業調查設計院

項目要求:真彩色三維點雲,植株胸徑、樹冠等

儀器使用:Z+F IMAGER 5010C、标靶球、三腳架

人員配備:外業2人,内業1

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樹木全景掃描圖1

三維激光掃描儀在農林業中的應用,三維激光掃描儀在農林業保護中的應用,數目掃描全景圖展示

樹木全景掃描圖2

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單棵樹木點雲提取

三維激光掃描儀在農林業中的應用,三維激光掃描儀在農林業保護中的應用,單科樹木自動識别成果展示圖

單棵樹木自動識别

三維激光掃描儀在農林業中的應用,三維激光掃描儀在農林業保護中的應用,樹高、胸徑自動提取成果展示圖

樹高、胸徑自動提取

五、結論

通過三維激光掃描儀野外掃描獲取樣木三維空間信息及影像數據,并由相應軟件室内量取樣木任意高直徑,其測量精度完全能夠達到林業數表編制對直徑測量精度的要求,是測樹技術的完全創新,使編表更科學,可信度更高。點雲數據不光可用于提取樹徑估,也可提供其他測樹因子如生物量、樹幹相對位置和葉面積指數,進而實現對單木材積、林分總蓄積量的測量。利用三維激光掃描儀測量不用伐倒樣木的優點,可以進行高效、大數量、大範圍的樣木采集,這樣做在地域上具有很強的針對性,量體裁衣,保證了數表的高精度,依次分區、分類編制系列數表,付諸于生産實踐,對推進集體林業産權制度改革,建立現代森林資源流轉制度具有重要的現實意義。

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